中国粉体网讯 碳化硅作为一种重要的结构陶瓷材料，凭借其优异的高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性等性能，不仅应用于高温窑具、燃烧喷嘴、热交换器、密封环、滑动轴承等传统工业领域，还可作为防弹装甲材料、空间反射镜、半导体晶圆制备中夹具材料及核燃料包壳材料。
碳化硅在半导体领域的应用
研磨盘、夹具均是半导体工业中硅晶片生产的重要工艺装备。研磨盘若使用铸铁或碳钢材料，其使用寿命短、热膨胀系数大，在加工硅晶片过程中，特别是高速研磨或抛光时，由于研磨盘的磨损和热变形，使硅晶片的平面度和平行度难以保证。采用碳化硅陶瓷的研磨盘由于硬度高而磨损小，且热膨胀系数与硅晶片基本相同，因而可以高速研磨抛光。
（a）研磨盘；（b）夹具
另外，在硅晶片生产时，需要经过高温热处理，常使用碳化硅夹具运输，其耐热、无损，可在表面涂敷类金刚石（DLC）等涂层，可增强性能，缓解晶片损坏，同时防止污染扩散。
碳化硅晶片（图源：天科合达）
此外，作为第三代宽带隙半导体材料的代表，碳化硅单晶材料具有禁带宽度大（约为Si的3倍）、热导率高（约为Si的3.3倍或GaAs的10倍）、电子饱和迁移速率高（约为Si的2.5倍）和击穿电场高（约为Si的10倍或GaAs的5倍）等性质。SiC器件弥补了传统半导体材料器件在实际应用中的缺陷，正逐渐成为功率半导体的主流。
高导热碳化硅陶瓷的需求量急剧增长
随着科技的不断发展，碳化硅陶瓷在半导体领域的应用需求量急剧增长，而高热导率是其应用于半导体制造设备元器件的关键指标，因此加强高导热碳化硅陶瓷的研究至关重要。减少晶格氧含量、提高致密性、合理调控第二相在晶格中的分布方式是提高碳化硅陶瓷热导率的主要方法。
目前，我国有关高导热碳化硅陶瓷的研究较少，且与世界水平相比尚存在较大差距，今后的研究方向包括：1）加强碳化硅陶瓷粉体的制备工艺研究，高纯、低氧碳化硅粉的制备是实现高热导率碳化硅陶瓷制备的基础；2）加强烧结助剂的选择及其相关理论研究；3）加强高端烧结装备的研发，通过调控烧结工艺得到合理的显微结构是获得高热导率碳化硅陶瓷的必备条件。
参考来源：
高导热碳化硅陶瓷的研究进展，王晓波等，钢铁研究总院2021
国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展，李辰冉等，景德镇陶瓷大学2020
（中国粉体网编辑整理/平安）
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